基于CPLD技术多台电梯逻辑控制设计

1、中文摘要在现代化的智能大厦中，由于进出人员复杂、交通流量特别大，因而往往在大厦中配置多台电梯，以提高电梯系统的服务质量和服务效率等，使大厦的日常运转和谐有序。电梯群控技术便是实现这一目标的有效手段。由于电梯系统的群控问题是一个复杂的具有非线性、不确定性的多目标随机系统的决策问题，本文开展此项研究具有重要的理论和现实意义。本文研究的主要内容有:(1) 对与本论文研究主题有关的内容进行了介绍，根据课题的研究目的和研究内容进行方案设计。(2)完成控制系统系统总体结构设计、进行控制系统硬件结构设计，完成各硬件组成部分及其工作原理及各结构电路的设计过程，重点进行电梯的控制逻辑和电梯控制三阶段设计。(3)

2、 对多台电梯群逻辑控制系统的控制算法进行方案设计，并对方案的设计进行比较，研究中主要采用九点控制器的算法进行群控。(4)设计了群控控制器的软件部分。运用C+语言和VHDL语言编程的方式，完成整个控制软件的设计。采用模块化设计思想，模块之间相对独立，便于程序的编写和调试。并对群控系统软件结构的规范化进行了研究，达到了提高电梯群控系统的灵活性和可扩展性的目的。关键词:电梯控制;群控;CPLD;算法;Max+plusII目录中文摘要ABSTRACT.1绪论1.1研究背景1.2国内外电梯群控系统研究现状2电梯设备与电梯发展动态2.1电梯设备2.2电梯的发展动态3电梯群控系统硬件设计3.1群控系统硬件总

3、体设计方案3.群控硬件系统的具体设计3.硬件中的抗干扰技术.4电梯群控系统软件设计4.1群控系统软件总体设计方案4.群控系统各功能模块的具体实现4.软件中的抗干扰技术5结论与展望5.1结论5.2论文的创新与展望参考文献致谢绪论1.1研究背景电梯群控系统从二十世纪四十年代至今己经发展了几代。从最初时使用继电器，接着集成电路的应用使系统更完善，直到今日发展成为应用计算机的现代化群控阶段。其发展示意图1如下：图1电梯群控发展示意图前两个阶段主要应用数理统计的方法来研究电梯群控中的客流量的特性，称之为统计特性二第三个阶段开始用模糊逻辑专家系统与人工神经网络等人工智能技术来描述电梯群控的特性，从而提高电

4、梯群控系统的整体服务性能，完整了电梯交通整体配置。电梯群控技术发展到现在，智能控制己经从传统的根据经验及当前各层站楼厅的召唤以及轿厢内指令数、轿厢重量等计算、调度，使电梯群发挥最大效率，达到每层的乘客以最短的侯梯时间最快的到达目的楼层的控制方式发展了。模糊控制、神经网络与专家系统是智能控制的三个方向，由于基本规则的传统AI专家系统由于自身的种种限制有让位于基本模糊逻辑的神经网络的趋势，因此，智能控制的研究主要是集中在模糊控制系统，神经网络及二者相结合的模糊神经控制技术等方面。电梯控制技术的快速发展，使大量先进的控制技术应用于多台电梯控制系统，电梯群控系统的控制特性得到很大的改善，但仍有不少问题

5、需要进一步研究，具体表现在以下几个方面：(1) 国内使用的先进的电梯群控系统基本上都是国外电梯公司制造的，或由国外电梯公司提供其控制系统部分，而国内自主版权的控制方法和技术在实际中的应用还比较少，且与国外的先进技术相比还有较大的差距。(2) 从基于CPLD技术的多台电梯逻辑控制研究的角度看，国外己有的先进控制技术，很多都掌握在各个大电梯公司手中，其核心技术是不公开的，而国内在这些方面的研究还有相当大的差距。尽快学习和掌握这些先进的控制技术，对国内电梯工业以及其它行业的发展会有极大的促进作用。(3) 现有的电梯控制技术仍存在缺点和不足。如何把更先进的技术应用于电梯群控之中，以进一步提高现有电梯系

6、统的运行效率，满足乘客的需求，仍需要进一步探索和研究。基于上述三方面的原因，国内电梯业及大专院校的许多专家学者为此展开了广泛深入的研究，但是他们的研究工作主要集中于理论研究，也积累了不少的理论成果，而基于CPLD技术的多台电梯逻辑控制设计应用研究方面工作还需要得到进一步的深入1.2国内外电梯群控系统研究现状早在1949年，纽约联合国大厦首次使用继电器逻辑组成的电梯群控系统，经历了由当初的予选控制到后来的分区控制:随着计算机技术的迅速发展，计算机群控代替了传统的继电器群控。同时国际上各大电梯公司相继推出了与自己群控系统相适应的控制算法，如:日立公司的时间最小/最大群控法，迅达公司的综合服务成本群

7、控方法，奥的斯公司的相对时间因子群控方法，三菱公司的综合分散度群控方法等等。在我国，电梯群控的研究最早见于1990年，主要研究电梯群控系统和人工智能。近几年我国在这方面的工作主要表现在引进国外先进技术和产品上，在此基础上力争推出自己的产品.例如1996年，迅达电梯公司公布最新电梯技术，其中包括“MiconicVX/ATM”用于电梯的人工智能技术，使电梯群控系统能改变运行参数，具有学习功能。虽然我国电梯业吸收了大量国外先进技术，但是很多停留在产品引进上，对关键电梯群控制技术仍未能消化或根本未能引进。因此国内这方面的研究仍落后于国内，有待进一步赶上。现今随着人工智能的不断发展，国内外很多的研究人员

8、将专家系统、模糊控制、人工神经网络以及计算机视觉等应用到电梯群控系统洲，使系统的性能进一步提高。设计本系统时，考虑到电梯群控系统是一个多目标控制系统，而各目标之间有时相互矛盾，例如追求最小等待时间则可能使乘梯时间过长，追求低能耗则可能使等待时间过长等，所以电梯群控系统各目标间的相互平衡协调就很重要。具体的目标决策应根据电梯运行的实际要求来确定，不同要求下各控制规则的重要性程度也不同，可以给不同的规则不同的权重来得到最终的控制规则。2电梯设备与电梯发展动态2.1电梯设备2.1.1电梯的分类电梯的分类有各式各样:(1)按用途分类 有客梯、货梯、医用梯等(2)按速度分类 低速电梯1m/s以下中速电梯

9、 l-2m/s高速电梯 2m/s以上超高速电梯 4m/s以上(3)按驱动电源分类交流电梯 速度一般小于2m/s直流电梯 速度一般大于2m/s(4)按控制方式分类有层间控制，简易集选控制，集选控制、有/无司机控制、群控等。2.1.2电梯的主要组成部分(l)曳引部分 通常由曳引机和曳引钢丝绳组成。电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。(2)轿厢和厅门 轿厢由轿架、轿底、轿壁和轿门组成;厅门一般有封闭式、中分式、双折式、双折中分式和直分式等。(3)电器设备及控制装置 有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅站指示器组成。(4)其它装置 对重装置、补偿装置等。2.1.3电梯的安全保护装置(

10、1)电磁制动器，装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。(2)强迫减速开关，其分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。(3)限位开关，当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。(4)行程极限保护开关，当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。(5)急停按钮，装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。(6)厅门开关，每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动;在运行中如出现厅门开关断开，电梯

11、立即停车。(7)关门安全开关，常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。(8)超载开关，当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。(9)其它的开关，安全窗开关，钢带轮的断带开关等。2.2电梯的发展动态随着现代建筑的发展，日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要标志，作为高层建筑的垂直运载工具电梯得到了快速发展。2.2.1电梯技术发展概况(1)电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。(2)电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯

12、由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，己由以前的变级调速(AC一VP)发展成为调压调速(AC一VV)及调频调压调速(Ac一VVVF)，使得电梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。(3)电梯的逻辑控制己从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制器(PLC)和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大提高。(4)电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。(5)智能群

13、控管理得到广泛应用。(6)机械传动方面，由于国际上机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。2.2.2电梯发展展望(1)结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。(2)技术含量更高，性能更好电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁挣、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机

14、逐步成为新型曳引机的主流:由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。另外，网络控制和智能群控系统.以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。(3)安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式;随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。3电梯群控系统硬件设计3.1群控系统硬件总体设计方案3.群控硬件系统的具体设计3.硬件中的抗干扰技术4电梯群控系统软件设计4.1群控系统软件总体设计方

15、案4.群控系统各功能模块的具体实现4.软件中的抗干扰技术5结论与展望5.1结论文中对电梯群控系统作了较为深入的研究，包括电梯群控系统的硬件研究与设计、建立电梯群控系统数学模型的研究、电梯群控系统客流分析与群控系统交通模式识别的研究、电梯群控系统控制算法的研究等。通过对电梯群控系统进行深入的研究后，进行了电梯群控系统的仿真研究和开发工作，获得了一个能提高服务效率、服务质量的电梯群控系统。本文具体内容如下:1.本文首先回顾了电梯系统的发展历程，分析了当前国内外电梯群控技术发展的状况。2.介绍了系统总体结构设计、系统硬件结构设计，描述了各硬件组成部分及其工作原理及各结构电路的设计过程。4.重点介绍了

16、群控系统总体结构设计、系统软件结构设计以及调度算法的设计思想。文章还进行了群控系统应用软件结构的规范化研究，提出了软件设计开发过程中的功能模块化的设计想，达到了提高电梯群控系统的灵活性和可扩展性的目的。5.对本论文的研究内容进行了总结与展望。5.2论文的展望电梯群控系统的研究是一个跨多个知识领域、多个学科的复杂的课题，由于本人知识范围及论文时间有限，所研究的内容很多地方需要进一步的深化、补充和完善。主要有以下几个方面:1)本论文的群控仲裁是专门设计有一个仲裁机群控控制器，那么可研究是否将群控控制器的仲裁功能集成到电梯控制器，通过电梯控制器之间的通讯联系，使群控组中的电梯紧密地联系在一起，从而达

17、到统一调度、统一管理;2)由于电梯群控系统可能的应用场合会有很大地差别，因而，各种场合下的交通流也会相差很大，所以研究一种适应性强，识别错误率低的模式识别方法是具有很大的现实意义。3)对于一个电梯群控系统，在不同的场合下，群控组中的电梯数可能是不样的，因此，控制算法在结构如何设计成易于扩展的结构特别重要，方便群控系统的配置和应用场合的适应性。4)对于电梯群控系统，可以采用许多智能化的研究手段，如模糊控制、神 经网络、专家系统、遗传算法等在电梯群控系统中的应用，研究这些智能化手段应用的有效性、方便性是十分有意义的，可以推进群控技术的研究。参考文献1 陈明义，郭毅PLD器件的模块化设计方法中南工业

18、大学学报(自然科学版)，200年第32期2 邬彦辉，韩红江数字电路实验的改进实验室研究与探索，1998年第3期3 宋万杰CPLD技术及应用西安:西安电子科技大学出版社，19994 陈明义,尹令. CPLD器件的模块化设计方法.中南工业大学学报(自然科学版),20015 唐寅著实时操作系统应用开发指南电子工业出版社，20026 彭克荣电梯技术的现状及发展趋势建筑机械化，2001年第2期10-157 何小庆嵌入式实时操作系统的现状和未来单片机与嵌入式系统应用，2001年第3期8 沈绪榜嵌入式计算机系统的展望单片机与嵌入式系统应用，2001年第1期9 李小将，樊天晴嵌入式系统在信息家电中的应用计算机工程, 2002年4月，25-2610 王洪荣，全书